磁性材料的基础知识的讲座PPT课件

一 磁性材料的定义 种类 特点和用途 定义 可用于制造磁功能器件的强磁性材料称为磁性材料 有硬磁 软磁 磁薄膜 磁致伸缩材料等 其中应用最广的是硬磁材料和软磁材料 硬磁材料 是指在外磁场的作用下 即充磁 会带上磁性 外磁场消失后磁性仍然存在的一种材料 软磁材料 是在外磁场的作用下会带上磁性 外磁场消失后它的磁性也会跟着消失的一种材料 表现在性能参数上就是硬磁材料的Br和Hcj很大而且是越大越好 而软磁材料它的磁导率高 Br特别是Hcj很小 一般的认为是Hcj0 8KA m的材料为硬磁材料 一般的磁性材料中都含有Fe Ni Co三种元素中的一种或几种 磁性材料的发展 不同种类磁性材料的特点 铁氧体 廉价品 应用非常普遍 但性能低铝镍钴 在指针式仪表中占主导地位 年产不到一万吨 工作温度在450 550 度内都可以正常工作 是可工作温度最高的一种磁体 但镍 钴是战略物资价格非常高 而且受国际国内的政治局势影响大 钐钴 在军用品和高档消费品中占主导地位 年产1 2千吨 和铝镍钴相比钐钴的价格更高 但在一些对性能要求很高 而使用温度也很高的地方就只能使用钐钴 SmCo5工作温度为250 Sm2Co17的工作温度在350 因此它仍然会有一定的市场 否则以它的价格早就该淘汰了 铂钴 主要在飞机 黑匣子 中应用 产量很少 钕铁硼 在电子计算机及其外围设备中已占主导地位 它的磁性最强 被称为永磁王 价格中等 在表面镀层的保护下 稳定性良好 也就是说它的性价比最高 综合性能最好 它的应用是越来越广 在很多地方只要不受温度限制 都有取代其它磁钢的趋势 二 磁性材料的磁性能参数 剩磁Br 铁磁体磁化到饱和并去掉外磁场后 在磁化方向保留的磁化强度或磁感应强度 Mr或Br 就是在退磁曲线上磁场强度降为零时显示的磁性能 矫顽力 铁磁体磁化到饱和以后 使它的磁化强度或磁感应强度降低到零所需要的反向磁场称为矫顽力 分别记作Hcj和Hcb 磁能积BH 表示磁性材料在其退磁曲线上任意一点工作时 能向外部磁路提供的能量 永磁材料的使用一般都是利用它在磁场源或者说是磁力源在空气隙中产生的磁场 而磁能积是表征它在空气隙中产生磁场大小的一种参量 因此它是非常关键的一参数 Hg BHVm Vg 1 2 BH mVm Vg 1 2其中Hg指气隙磁场 Vg指气隙体积Vm指磁体的体积由上式可知 气隙磁场强度Hg和 BH max成平方根的关系 当气隙体积Vg和气隙磁场强度Hg为一定的情况下 BH max大时 磁体的体积Vm可缩小 这也就是现在很多的电子产品能越做越小的一个原因 如手机现在可以越做越小 有很大的一个原因是手机上的蜂鸣器磁钢可以做得很小 以前的收音机喇叭要那么大的一个磁钢 你想把它做得很小本身就是不可能的一件事 磁性材料的磁性能参数 2 磁体的表磁或磁通 表磁是指磁体的表面磁场 磁通是指通过线圈单位面积磁力线的根数 磁体磁参数的测量一般是对规则的圆柱或方块来进行的 对于一个已加工好的磁性器件因为它的面积已经很难计算得非常精确 就只能是通过表磁或磁通来反映它磁性能的强弱了 这是大部分购买磁体的厂家所关心的问题 一般的 磁体沿充磁方向的厚度越厚其表磁和磁通也会相应增高 曲线的方形度Hk Hcj Hk指的是J 0 9Br时相对应的磁场 Hk Hcj可以直观的表示J退磁曲线方形度 回复磁导率 rec 当磁体受到一个周期的外界反磁场后 它的磁性要下降 当外磁场消失后它也不能完全回到原来的位置而是要下降一定的值 此时磁体的工作点将在退磁曲线以下形成一个小回路 不能和退磁曲线重合 我们称此小回路的斜率为回复磁导率 rec 这个值一般都大于1它越接近1说明磁体的抗退磁能力越强 越有利 值得注意的是 若磁体的B退磁曲线不是直线 则磁体的退磁回复磁导率 rec在不同的工作点就有不同的值 此时要把磁体设计在最稳定的工作状态就增加了难度 也显得非常重要 磁性材料的磁性能参数 3 磁体的居里温度Tc 随着温度的升高磁体的磁性能要降低 当温度升高某一值后 磁性能将消失 也就是对外不显示磁性 称此温度为居里温度 居里温度只与合金的成分有关 与材料的显微组织及其分布无关 磁体的工作温度Tw 在某一温度下 永磁材料的磁性能指标与室温相比降低一规定的幅度 将该温度称为磁体的可工作温度 由于磁性能的这一降低幅度需要视该磁体的应用条件及要求而定 因此 所谓的磁体的可工作温度Tw对于同一磁体来说是一个待定值 也就是说 同一永磁体在不同的应用场合可以有不同的可工作温度 一般的 我们认为磁体在该温度下保温100个小时磁性能下降在5 之内便认为是合适的 磁体的不可逆损失 磁体经过一定的温度和时间加热后 它的性能要下降一定的值 称此下降的部分为磁性不可逆损失 三 NdFeB磁体的介绍 3 1NdFeB磁体牌号及特点1 烧结NdFeB磁体的牌号命名及特点 烧结NdFeB的牌号一般由字母N H SH UH EH加上数字 常见的有30 35 38 40 42 45 48 50 52等组成 数字指该牌号磁体的磁能积的大小 而字母则是该牌号磁体矫顽力种类的代号 它们的对应关系为 烧结NdFeB磁体的牌号命名及特点 2 例如 N50它表示磁体的矫顽力Hcj 12 磁能积在48 51MGsOe之间 40SH表示磁体的矫顽力Hcj 20 磁能积在38 41MGsOe之间 一般的 矫顽力越低的牌号它的磁能积可以做得越高 但它受外界的影响大易退磁 而矫顽力Hcj越高的磁体它抵抗外界磁场场的干扰越强 使用时越稳定 但它能达到的磁能积会下降 通常以矫顽力Hcj和磁能积 BH max之和为一定值的磁钢称为一个系列 现在对磁钢的发展趋势是要求高矫顽力 中高磁能积的磁钢 如40H 35SH等牌号的磁体 对于N52及磁能积更高的磁钢由于矫顽力较低 磁稳定性差一些 反而用的也不是很多 而对于矫顽力很高的牌号如UH EH由于磁能积较低且价格相对较高也只是在有特殊要求的情况下使用 用的也不是很多 2 粘结NdFeB磁体牌号的命名及特点 粘结钕铁硼的命名一般是以它的磁能积来命名的 如BN8指的是磁能积为8MGsOe BN10指的是磁能积为10MGsOe 对于矫顽力有特别要求的产品一般会指明在数字后面加上一个数字以示区别 这对于不同的厂家一般会有些不同 因为粘结磁体的性能主要是由磁粉来决定的 而使用的磁粉都是买来的 且都是以MQ公司的磁粉为标准 因此对粘结NdFeB了解得较多的客户就会直 接要求用什么粉来生产 而磁粉的命名则是以磁能积和矫顽力二项来命名的 如13 9 指的是出厂时它的磁粉测试性能 磁能积 BH max为13MGsOe 矫顽力 Hcj 为9KOe 14 12则是指磁能积为14MGsOe 矫顽力为12KOe 以此类推 对于粘结磁体用的最普遍的是13 9和B粉也就是15 9粉 其它的也有针对不同的要求开发的不同的磁粉 如适合高温的O粉 要求抗退磁性好的A粉和C粉以及易于充磁的高剩磁的15 7和16 7磁粉 3 NdFeB粘结磁体的特点 优点 1 勿需切 割等机械加工 因而缺陷少 强度足够高 投入产出率可达99 9 而烧结磁体最高达98 5 2 可加工成薄壁环 棒 片及各种特殊形状 磁环壁厚0 5mm 的磁体 3 精密的尺寸公差 0 01 0 05mm 无需抛磨 4 成型过程中可与其它另件复合压制成一体 从而降低成本 5 耐蚀性优于烧结磁体 6 尺寸可大可小 可选范围大 7 磁性可根据需要调节 磁能积在0 5 13MGOe范围内连续可调 缺点 1 磁性能低于烧结磁体 2 比烧结磁体的热稳定性低 3 2NdFeB磁体的生产 1 烧结NdFeB磁体的生产 烧结NdFeB磁体的生产流程为 配料 钕铁 纯铁 硼铁有其它的元素 熔炼制粉成型 这中间有个取向过程 烧结性能测试机加工电镀充磁包装 在烧结NdFeB的生产过程中 它的一个重中之重的贯穿始终的问题就是防氧化 实际上 烧结NdFeB磁体的生产是在做材料 它只管做到材料的性能就可以了 不用去管产品的尺寸精度等 而粘结NdFeB做的是产品 这也是他们之间很大的差别所在 2 粘结NdFeB磁体的生产 粘结NdFeB磁体的生产流程为 磁粉粒度处理加粘结剂拌粉压制成型固化电泳充磁包装对于粘结磁体的生产 最重要的一点就是产品的一致性 要求非常高 其中一点就是密度要压上去 密度如果能压上去对于产品的很多方面都是很有利的 因为磁粉是买来的 大家都能得相同的磁粉 怎样把密度做上去 怎样把产品尺寸控制住就是竟争的重点了 另外对于粘结磁体的生产 人们也越来越发现充磁是它的一个难点和重点 应该花更多的时间和精力在充磁上面 因为很多的时候产品的性能未达到客户的要求 只是本身的磁性能没有完全挖掘出来 3 注塑NdFeB磁体的生产 注塑NdFeB磁体的生产流程为 磁粉粒度处理加粘结剂拌粉造粒注射成型充磁包装它的特点是 强度高 韧性好 一致性好 可以方便的和其他的配套件注成一体 如贵司的硅钢片磁钢 但是它的价格较高 因为用材料中用的粘结剂较多导致磁钢的密度较低 因此相同的粉生产的磁钢其性能就较压制磁钢低 相应的生产同等性能的磁钢注塑磁钢用的原粉的性能要较压制磁钢高出2个能积高 而加的PA12粉的价格也很高 且用的设备价值也很高 模具的费用也较压制磁钢高的较多 因此生产的产品价格也较高 在我们公司 用于造粒的设备其价值就相当不斐 一般的 磁能积为4 5的磁钢用的磁粉就得是磁能积为8的磁粉 13 9 粉生产 而性能超过5 5 6时就得用BH10的磁粉来生产 但在一些场合必需用注塑磁钢才能达到 如镶嵌件 以及强度和韧性要求较高的产品都只能注塑磁钢来生产 3 3NdFeB磁体的应用 应用都和性能和价格相联系的 烧结磁体的性能高这是最大的特点 还有就是它比较便宜 因此能用烧结的地方一般都会尽量用烧结磁体 当烧结受到限制时会用粘结磁体 因为它的价格高 性能低 但是它的精度高 强度优于烧结磁钢 可以做成多极充磁 成型过程中可与其它零件复合压制成一体 烧结磁体一般用于充磁较简单 要求磁性强的地方 主要有硬盘驱动器的音圈电机 VCM 磁钢 象我们现在的VCM项目组 核磁共振磁钢 MRI 此外还有电动机 发电机中的磁钢等 而粘结磁钢主要用于性能要求不是那么高 但对精度要求很高的地方如硬盘驱动器的主轴电机 HDD 软盘驱动器的主轴电机 FDDSpindle CD